JP2001337240A - Device and method for manufacture of optical waveguide substrate - Google Patents

Device and method for manufacture of optical waveguide substrate

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JP2001337240A
JP2001337240A JP2000158089A JP2000158089A JP2001337240A JP 2001337240 A JP2001337240 A JP 2001337240A JP 2000158089 A JP2000158089 A JP 2000158089A JP 2000158089 A JP2000158089 A JP 2000158089A JP 2001337240 A JP2001337240 A JP 2001337240A
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optical waveguide
substrate
hydrogen peroxide
silicon substrate
vaporizer
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Shinji Makikawa
新二 牧川
Hiroshi Aoi
浩 青井
Masaaki Shirota
政明 城田
Masaki Ejima
正毅 江島
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for manufacturing an optical waveguide substrate by which the surface of a substrate is efficiently oxidized in the process of manufacturing an optical waveguide substrate by oxidizing the surface of a silicon substrate to a relatively deep part at high temperature in a water vapor gas atmosphere. SOLUTION: The device 1 for the manufacture of an optical waveguide substrate is equipped with a heating furnace 17 disposed around a reactor core tube 18 in which a silicon substrate 15 for the formation of a quartz film on the substrate surface is mounted inside, and with a supply pipe 11 and a ventilation pipe 20 for the oxidative gas to oxidize the silicon substrate 15 and connected to the reactor core tube 18. A vaporizer 10 to vaporize hydrogen peroxide 9 to produce the oxidative gas is connected to the supply pipe 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板の表
面を比較的厚く酸化して、光通信用の光導波路デバイス
として使用される光導波路基板を効率よく製造する装
置、および製造する方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for efficiently manufacturing an optical waveguide substrate used as an optical waveguide device for optical communication by oxidizing the surface of a silicon substrate to a relatively large thickness. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信用の導波路デバイスは、光導波路
と半導体集積回路とが形成されている。半導体集積回路
はシリコン基板に形成される。半導体集積回路に必要と
される酸化膜は、膜厚が0.2〜3μm程度と薄い。一
方、光導波路は石英基板上に形成される。石英基板はシ
リコン基板の表面に石英膜すなわち二酸化シリコンを形
成したものである。この膜は光導波路のアンダクラッド
として光学的に機能するものであるから厚みが5〜30
μm程度と、半導体集積回路の酸化膜に比べ非常に厚く
する必要がある。
2. Description of the Related Art A waveguide device for optical communication includes an optical waveguide and a semiconductor integrated circuit. The semiconductor integrated circuit is formed on a silicon substrate. The oxide film required for the semiconductor integrated circuit is as thin as about 0.2 to 3 μm. On the other hand, the optical waveguide is formed on a quartz substrate. The quartz substrate is obtained by forming a quartz film, ie, silicon dioxide, on the surface of a silicon substrate. This film has a thickness of 5 to 30 since it functions optically as an under clad of the optical waveguide.
It is required to be very thick, about μm, as compared with the oxide film of the semiconductor integrated circuit.

【0003】このような光導波路の石英膜や半導体集積
回路の酸化膜を形成する方法のひとつとして、基板を構
成するシリコンが酸素に対し高い親和力を有しているた
め容易に酸化されることを利用して、基板表面のシリコ
ンを酸化し石英膜とする方法がある。
One of the methods for forming such a quartz film for an optical waveguide or an oxide film for a semiconductor integrated circuit is that silicon constituting a substrate has a high affinity for oxygen and is easily oxidized. There is a method in which silicon on the substrate surface is oxidized into a quartz film by using the quartz film.

【0004】この方法には、例えばドライ酸素酸化法、
ウェット酸化法、スチーム酸化法、水素燃焼酸化法、塩
酸酸化法がある。酸素分圧を上げて酸化膜の形成時間を
短縮するために高圧で酸化する方法、あるいはハロゲン
ガスや窒素酸化物の反応性の高い酸化性ガスで酸化する
方法もある。
[0004] This method includes, for example, a dry oxygen oxidation method,
There are a wet oxidation method, a steam oxidation method, a hydrogen combustion oxidation method, and a hydrochloric acid oxidation method. There is also a method of oxidizing at a high pressure in order to shorten the time for forming an oxide film by increasing the oxygen partial pressure, or a method of oxidizing with a highly reactive oxidizing gas such as halogen gas or nitrogen oxide.

【0005】このうち、ウェット酸化法、スチーム酸化
法、水素燃焼酸化法は、炉心管内でシリコン基板を高温
に加熱しつつ常圧で水蒸気と接触させ、水蒸気が熱分解
した反応性の高い酸素により、シリコン表面を酸化して
石英膜を形成するもので、酸化速度が比較的速い。さら
に毒性の強いハロゲンガス等の回収設備を必要とせず、
炉心管を耐圧構造にする必要がないため、汎用されてい
る。
In the wet oxidation method, the steam oxidation method, and the hydrogen combustion oxidation method, a silicon substrate is heated to a high temperature in a furnace tube and brought into contact with steam at normal pressure, and the steam is thermally decomposed to form highly reactive oxygen. In addition, a silicon film is oxidized to form a quartz film, and the oxidation rate is relatively high. There is no need for equipment for collecting highly toxic halogen gas, etc.
It is widely used because the core tube does not need to be pressure-resistant.

【0006】半導体集積回路に必要な0.2〜3μmの
厚さの石英膜は、スチーム酸化法により例えば、10〜
1000分間という比較的短時間1200℃で水蒸気雰
囲気に曝すことで形成される。しかし、光導波路に汎用
される10〜25μmの石英膜を形成する際には、20
000〜125000分もの長時間、1200℃で水蒸
気雰囲気に曝す必要があるという問題があった。
A quartz film having a thickness of 0.2 to 3 μm required for a semiconductor integrated circuit is formed, for example, by a steam oxidation method to a thickness of 10 to
It is formed by exposing to a steam atmosphere at 1200 ° C. for a relatively short time of 1000 minutes. However, when forming a 10-25 μm quartz film commonly used for optical waveguides, 20 mm
There is a problem that it is necessary to expose to a steam atmosphere at 1200 ° C. for as long as 000 to 125000 minutes.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の課題を
解決するためなされたもので、高温で水蒸気ガス雰囲気
下にシリコン基板の表面を比較的厚く酸化して光導波路
基板を製造する際、効率よく酸化するための光導波路基
板の製造装置、および製造方法を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. In manufacturing an optical waveguide substrate by oxidizing a relatively thick surface of a silicon substrate under a steam gas atmosphere at a high temperature, An object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method of an optical waveguide substrate for efficiently oxidizing.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明の光導波路基板の製造装置1は、石
英膜を表面に形成するシリコン基板15が内部に載置さ
れている炉心管18の外周に加熱炉17が配置され、シ
リコン基板15を酸化する酸化性ガスの供給管11と排
気管20とが炉心管18に接続された光導波路基板の製
造装置であって、過酸化水素水9を気化させて酸化性ガ
スを発生させる気化器10が、供給管11に繋がってい
る。
In order to achieve the above object, an optical waveguide substrate manufacturing apparatus 1 according to the present invention has a core in which a silicon substrate 15 on which a quartz film is formed is placed. An apparatus for manufacturing an optical waveguide substrate, in which a heating furnace 17 is arranged on the outer periphery of a tube 18 and an oxidizing gas supply tube 11 for oxidizing the silicon substrate 15 and an exhaust tube 20 are connected to a furnace core tube 18, A vaporizer 10 for vaporizing the hydrogen water 9 to generate an oxidizing gas is connected to the supply pipe 11.

【0009】気化器10には、気化をさせる加熱装置8
が備えられていることで、好適に実施することができ
る。
The vaporizer 10 has a heating device 8 for vaporizing.
Is provided, it can be suitably implemented.

【0010】過酸化水素水を100℃以上で加熱するこ
とにより水蒸気ガスとともに蒸発した過酸化水素ガスが
500℃以上の高温に加熱されると、下記化学式 2H → 2HO + O で示されるように分解され、反応性の高い活性な酸素を
生じる。
[0010] Heat the hydrogen peroxide solution at 100 ° C or more.
The hydrogen peroxide gas evaporated with the steam gas by
When heated to a high temperature of 500 ° C. or more, the following chemical formula 2H2O2 → 2H2O + O2  Is decomposed as shown in
Occurs.

【0011】過酸化水素ガスを含有する水蒸気ガス雰囲
気の炉心管18を1000〜1300℃に加熱すると、
水蒸気ガスの分解によって生じた活性な酸素と、過酸化
水素ガスの分解によって生じた活性な酸素との相乗効果
により、シリコン基板の表面シリコンの酸化速度が速く
なる。
When the furnace core tube 18 in a steam gas atmosphere containing hydrogen peroxide gas is heated to 1000 to 1300 ° C.,
Due to the synergistic effect of the active oxygen generated by the decomposition of the steam gas and the active oxygen generated by the decomposition of the hydrogen peroxide gas, the oxidation rate of silicon on the surface of the silicon substrate is increased.

【0012】気化器10内の過酸化水素水9は、20〜
70%の濃度であることが好ましい。20%より薄いと
水蒸気ガス中の過酸化水素ガス濃度が薄くなって反応速
度を速めることができない。70%よりも濃いと爆発の
危険がある。30〜60%であると一層好ましい。
The hydrogen peroxide solution 9 in the vaporizer 10 is 20 to
Preferably, the concentration is 70%. If it is less than 20%, the concentration of hydrogen peroxide gas in the steam gas becomes so low that the reaction rate cannot be increased. If it is higher than 70%, there is a risk of explosion. More preferably, it is 30 to 60%.

【0013】タンク3に充填されている別な過酸化水素
水2を気化器10へ補給する補給管5が、気化器10に
繋がっていることで好適に実施することができる。
The present invention can be suitably implemented by connecting the supply pipe 5 for supplying another hydrogen peroxide solution 2 filled in the tank 3 to the vaporizer 10 to the vaporizer 10.

【0014】同じ温度での蒸気圧は過酸化水素より水の
方が高い。そのため気化器10で過酸化水素水9を加熱
すると過酸化水素よりも水が多量に蒸発する。気化器1
0内の過酸化水素水9が次第に濃縮されてしまうことを
防止するために、タンク3から約15%の過酸化水素水
2を気化器10に補給する。所定量が補給されると、気
化器10内の過酸化水素水9は一定濃度に維持される。
The vapor pressure at the same temperature is higher in water than in hydrogen peroxide. Therefore, when the hydrogen peroxide solution 9 is heated by the vaporizer 10, the water evaporates in a larger amount than the hydrogen peroxide. Vaporizer 1
In order to prevent the hydrogen peroxide solution 9 in 0 from being gradually concentrated, about 15% of the hydrogen peroxide solution 2 is supplied to the vaporizer 10 from the tank 3. When a predetermined amount is supplied, the hydrogen peroxide solution 9 in the vaporizer 10 is maintained at a constant concentration.

【0015】本発明の光導波路基板の製造方法は、石英
膜を表面に形成させるシリコン基板15を、外周に加熱
炉17の配置された炉心管18の内部に載置した後、過
酸化水素水9を気化させることにより発生した酸化性ガ
スを炉心管18に供給しつつ、加熱炉17で加熱してシ
リコン基板15の表面シリコンを酸化性ガスで酸化する
というものである。
In the method of manufacturing an optical waveguide substrate according to the present invention, a silicon substrate 15 having a quartz film formed on its surface is placed inside a furnace tube 18 having a heating furnace 17 disposed on the outer periphery thereof, and then a hydrogen peroxide solution is placed. The oxidizing gas generated by vaporizing 9 is supplied to the furnace tube 18 and heated in the heating furnace 17 to oxidize the surface silicon of the silicon substrate 15 with the oxidizing gas.

【0016】この製造方法は、気化が加熱によるもので
あることで好適に実施することができる。気化の加熱温
度は110〜150℃であることが好ましく、120〜
140℃であると一層好ましい。
This manufacturing method can be suitably carried out because the vaporization is caused by heating. The heating temperature for vaporization is preferably from 110 to 150 ° C, and from 120 to 150 ° C.
The temperature is more preferably 140 ° C.

【0017】光導波路基板の製造方法によれば、シリコ
ン基板15の表面シリコンの酸化速度が、純粋な水蒸気
ガスで酸化する場合に比べ速くなる。そのため光導波路
基板の歩留まりが向上する。
According to the method of manufacturing the optical waveguide substrate, the oxidation rate of silicon on the surface of the silicon substrate 15 is increased as compared with the case of oxidizing with pure steam gas. Therefore, the yield of the optical waveguide substrate is improved.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明を適用
する光導波路基板の製造装置1の概要図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of an optical waveguide substrate manufacturing apparatus 1 to which the present invention is applied.

【0019】この製造装置1は、耐熱性の強い炭化ケイ
素製の炉心管18の外周に、加熱炉17が配置されたも
のである。炉心管18内面には、化学気相蒸着により数
μmの炭化ケイ素膜が施されている。炉心管18は一端
が略封鎖されて、過酸化水素ガスの含有された水蒸気ガ
スを供給するための供給管11に接続している。ガス供
給管11の経路途中に、ガスの供給を制御する開閉弁1
2が配置されている。ガス供給管11は気化器10に繋
がっている。気化器10は、50%過酸化水素水9の入
った容器7の外部に、加熱装置であるヒータ8が配置さ
れたものである。容器7には、ガス供給管11と過酸化
水素水補給管5との貫通した上蓋6が被されている。容
器7内で、ガス供給管11の先端は過酸化水素水9の液
面より高く配置され、過酸化水素水補給管5は先端が過
酸化水素水9の液中に達している。過酸化水素水補給管
5の他の一端は、タンク3へ挿入され、タンク3に充填
された15%過酸化水素水2にまで達している。この補
給管5の経路途中には、ポンプ4が設けられている。
In this manufacturing apparatus 1, a heating furnace 17 is disposed around a furnace tube 18 made of silicon carbide having high heat resistance. The inner surface of the furnace tube 18 is coated with a silicon carbide film of several μm by chemical vapor deposition. One end of the furnace tube 18 is substantially closed, and is connected to a supply tube 11 for supplying a steam gas containing a hydrogen peroxide gas. On-off valve 1 for controlling gas supply in the middle of the path of gas supply pipe 11
2 are arranged. The gas supply pipe 11 is connected to the vaporizer 10. The vaporizer 10 has a configuration in which a heater 8 as a heating device is arranged outside a container 7 containing a 50% hydrogen peroxide solution 9. The container 7 is covered with an upper lid 6 through which the gas supply pipe 11 and the hydrogen peroxide water supply pipe 5 penetrate. In the container 7, the tip of the gas supply pipe 11 is arranged higher than the liquid surface of the hydrogen peroxide solution 9, and the tip of the hydrogen peroxide solution supply pipe 5 reaches the liquid of the hydrogen peroxide solution 9. The other end of the hydrogen peroxide solution supply pipe 5 is inserted into the tank 3 and reaches the 15% hydrogen peroxide solution 2 filled in the tank 3. A pump 4 is provided in the middle of the supply pipe 5.

【0020】炉心管18の他の一端には、排気管20の
取り付けられた蓋19が被されている。炉心管18内部
に、熱伝対からなる温度センサ14が配置されている。
温度センサ14は温度表示装置(不図示)に接続されて
いる。炭化ケイ素製の試料台16に3本の切り込み溝が
設けられている。この切り込み溝にシリコン基板15が
挿されて載置された試料台16が炉心管18の内部に載
置されている。炉心管18は、保護容器13に挿入され
ている。
The other end of the furnace tube 18 is covered with a lid 19 to which an exhaust pipe 20 is attached. A temperature sensor 14 composed of a thermocouple is arranged inside the furnace tube 18.
The temperature sensor 14 is connected to a temperature display device (not shown). A sample table 16 made of silicon carbide is provided with three cut grooves. A sample table 16 on which a silicon substrate 15 is inserted and placed in the cut groove is placed inside a furnace tube 18. The core tube 18 is inserted into the protective container 13.

【0021】光導波路基板は、この装置1を用い、以下
のようにして製造される。シリコン製の円板状の3枚の
シリコン基板15を試料台16の切り込み溝に挿して等
間隔に並べる。
An optical waveguide substrate is manufactured using this apparatus 1 as follows. Three disk-shaped silicon substrates 15 made of silicon are inserted into the cut grooves of the sample table 16 and are arranged at equal intervals.

【0022】シリコン基板15に静電気で異物が付着す
ることを防止するため、予め加熱炉17により炉心管1
8をゆっくり加熱して、炉心管18内の温度を300〜
500℃とする。炉心管18の開放端から試料台16を
挿入して炉心管18内に載置し、この開放端を蓋19で
被う。さらに炉心管18を加熱し、炉心管18の内温が
1000〜1300℃の所定の温度になるまで加熱す
る。所定の温度に達したら、開閉弁12を開く。
In order to prevent foreign matter from adhering to the silicon substrate 15 due to static electricity, the furnace tube 1 is previously heated by the heating furnace 17.
8 is heated slowly, and the temperature in the
500 ° C. The sample stage 16 is inserted from the open end of the furnace tube 18, and placed in the furnace tube 18, and the open end is covered with a lid 19. The furnace tube 18 is further heated until the internal temperature of the furnace tube 18 reaches a predetermined temperature of 1000 to 1300 ° C. When a predetermined temperature is reached, the on-off valve 12 is opened.

【0023】すると、予め気化器10のヒータ8を10
0〜130℃にして容器7内の過酸化水素水9を加熱す
ることにより気化した過酸化水素ガスの含有された水蒸
気ガスが、ガス供給管11を経て炉心管18に流れ込
む。炉心管18内は高温なので、水蒸気ガスは熱分解し
て活性な酸素を生じ、過酸化水素ガスも熱分解して活性
な酸素を生じる。シリコン基板15の表面シリコンは、
この酸素により下記化学式 Si + O → SiO のように酸化され、石英膜を形成する。
Then, the heater 8 of the vaporizer 10 is set to 10
0 to 130 ° C. and heat the hydrogen peroxide solution 9 in the container 7
Steam containing hydrogen peroxide gas vaporized by heating
Gas gas flows into the core tube 18 via the gas supply tube 11.
No. Since the temperature in the furnace tube 18 is high, the steam gas is thermally decomposed.
To generate active oxygen and pyrolyze hydrogen peroxide gas to activate
Produces oxygen. The surface silicon of the silicon substrate 15 is
The oxygen has the following chemical formula: Si + O2 → SiO2  To form a quartz film.

【0024】予め気化器10の容器7内の過酸化水素水
9をある一定の温度で加熱したときの過酸化水素水の濃
縮速度を測定しておき、その濃縮速度をもとして、容器
7内の過酸化水素水9を常時一定濃度にするために補給
しなければならない所定濃度の過酸化水素水すなわち1
5%過酸化水素水の単位時間あたりの補給量が一義的に
算出される。ポンプ4を駆動して、15%過酸化水素水
2の充填されたタンク3から容器7内へ、算出された量
の過酸化水素水2を補給する。
A concentration rate of the hydrogen peroxide solution when the hydrogen peroxide solution 9 in the container 7 of the vaporizer 10 is heated at a certain temperature is measured in advance, and the concentration rate of the hydrogen peroxide solution in the container 7 is determined based on the concentration rate. Hydrogen peroxide solution 9 of a predetermined concentration which must be replenished in order to keep the hydrogen peroxide solution 9 at a constant concentration.
The supply amount per unit time of the 5% hydrogen peroxide solution is uniquely calculated. The pump 4 is driven to supply the calculated amount of the hydrogen peroxide solution 2 from the tank 3 filled with the 15% hydrogen peroxide solution 2 into the container 7.

【0025】所望の厚さの石英膜が形成されたら、開閉
弁12を閉じて過酸化水素ガスの含有された水蒸気ガス
の供給を停止する。同時にヒータ8による過酸化水素水
の加熱と、タンク3からの過酸化水素水2の補給を停止
する。炉心管18をゆっくり冷却する。試料台16を引
き出し、シリコン基板の両表面に石英膜が形成された光
導波路基板を得る。
When a quartz film having a desired thickness is formed, the on-off valve 12 is closed to stop the supply of the steam gas containing the hydrogen peroxide gas. At the same time, the heating of the hydrogen peroxide solution by the heater 8 and the replenishment of the hydrogen peroxide solution 2 from the tank 3 are stopped. The core tube 18 is cooled slowly. The sample stage 16 is pulled out to obtain an optical waveguide substrate in which quartz films are formed on both surfaces of a silicon substrate.

【0026】以下に、本発明を適用する製造装置を用
い、光導波路基板を試作した例を実施例1に記載する。
また本発明を適用外の製造装置を用いて、光導波路基板
を試作した例を比較例1に記載する。
An example in which an optical waveguide substrate is prototyped using a manufacturing apparatus to which the present invention is applied will be described below in Example 1.
An example in which an optical waveguide substrate is prototyped using a manufacturing apparatus to which the present invention is not applied is described in Comparative Example 1.

【0027】(実施例1)直径4インチで厚さ0.6m
mのシリコン製の円板状のシリコン基板15の外周の一
部を平坦に削る。この平坦部を上にして、3枚のシリコ
ン基板15を試料台16上の溝に挿して等間隔に並べ
る。急激な温度変化で炉心管18が破損しないように5
℃/分の緩やかな昇温速度で、加熱炉17であるカンタ
ルヒータ管状炉により、炉心管18を加熱する。炉心管
18内が500℃に達したら、試料台16を挿入して炉
心管18内部に載置した後、排気管20を有する蓋19
で被う。炉心管18内が1200℃になるまでさらに昇
温を続ける。
(Embodiment 1) A diameter of 4 inches and a thickness of 0.6 m
A part of the outer circumference of the silicon disk-shaped silicon substrate 15 of m is flattened. The three silicon substrates 15 are inserted into the grooves on the sample stage 16 and are arranged at equal intervals with the flat part facing upward. 5 so that the core tube 18 is not damaged by sudden temperature changes.
The furnace tube 18 is heated by the Kanthal heater tubular furnace, which is the heating furnace 17, at a gradual heating rate of ° C / min. When the inside of the furnace tube 18 reaches 500 ° C., the sample table 16 is inserted and placed inside the furnace tube 18, and then the lid 19 having the exhaust pipe 20 is inserted.
Cover with. The temperature is further increased until the inside of the furnace tube 18 reaches 1200 ° C.

【0028】一方、気化器のヒータ8を130℃にして
容器内の50%過酸化水素水を加熱する。同時に、ポン
プ4を駆動し、容器内の50%過酸化水素水9の1Lに
対し、毎時0.1Lの量の15%の過酸化水素水2をタ
ンク3から容器へ補給する。
On the other hand, the heater 8 of the vaporizer is set at 130 ° C. to heat the 50% hydrogen peroxide solution in the container. At the same time, the pump 4 is driven to supply 0.1 L / hour of 15% hydrogen peroxide water 2 from the tank 3 to the container for 1 L of 50% hydrogen peroxide water 9 in the container.

【0029】炉心管18内が1250℃に達したら、ガ
ス供給管11の開閉弁12を開く。すると、過酸化水素
水9を加熱することにより気化した過酸化水素ガスの含
有された水蒸気ガスが、ガス供給管11を経て炉心管1
8に流れ込む。炉心管18内で、過酸化水素ガスと水蒸
気ガスとが熱分解して生じた活性な酸素により、シリコ
ン基板15の表面シリコンが酸化され石英膜を形成す
る。過酸化水素ガスと水蒸気ガスとの供給を継続しなが
ら、この温度で10000分維持して酸化する。その
後、炉心管18を冷却する。同時に開閉弁12を閉鎖
し、ヒータ8による加熱とポンプ4の駆動を停止する。
試料台16を引き出すとシリコン基板15の両表面に、
厚さ15μmの石英膜が形成された光導波路基板を得
る。
When the temperature in the furnace tube 18 reaches 1250 ° C., the on-off valve 12 of the gas supply tube 11 is opened. Then, the steam gas containing the hydrogen peroxide gas vaporized by heating the hydrogen peroxide solution 9 is passed through the gas supply pipe 11 to the reactor core tube 1.
Flow into 8. In the furnace tube 18, active silicon generated by the thermal decomposition of hydrogen peroxide gas and water vapor gas oxidizes the surface silicon of the silicon substrate 15 to form a quartz film. Oxidation is carried out at this temperature for 10,000 minutes while the supply of the hydrogen peroxide gas and the steam gas is continued. Thereafter, the furnace tube 18 is cooled. At the same time, the on-off valve 12 is closed, and the heating by the heater 8 and the driving of the pump 4 are stopped.
When the sample stage 16 is pulled out, both surfaces of the silicon substrate 15
An optical waveguide substrate on which a 15 μm-thick quartz film is formed is obtained.

【0030】(比較例1)気化器の容器に入っている5
0%過酸化水素水に代えて純水を用いたことと、タンク
から純水を供給したこと以外は実施例1と同様にして、
光導波路基板を試作した。実施例1で得た光導波路基板
と同じ厚さの石英膜を形成するには12000分を要し
た。
(Comparative Example 1) 5 in a vaporizer container
Except that pure water was used in place of 0% hydrogen peroxide and pure water was supplied from a tank,
An optical waveguide substrate was prototyped. It took 12,000 minutes to form a quartz film having the same thickness as the optical waveguide substrate obtained in Example 1.

【0031】なお、実施例1に従ってシリコン基板の表
面シリコンを酸化して形成された石英膜の厚さと、形成
に要した酸化時間との関係を図2の実線に示す。また、
比較例1に従って形成された石英膜の厚さと、酸化時間
との関係を図2の破線に示す。図2での両者の比較から
明らかなように、実施例1に従って酸化する方が比較例
1に従って酸化するよりも酸化速度は速いため、所望の
石英膜厚を得るための所要時間が短い。
The relationship between the thickness of the quartz film formed by oxidizing the surface silicon of the silicon substrate according to the first embodiment and the oxidation time required for the formation is shown by the solid line in FIG. Also,
The relationship between the thickness of the quartz film formed according to Comparative Example 1 and the oxidation time is shown by the broken line in FIG. As is clear from the comparison between the two in FIG. 2, the oxidation speed is faster in the case of oxidizing according to Example 1 than in the case of oxidizing according to Comparative Example 1, so that the time required to obtain a desired quartz film thickness is shorter.

【0032】次に、気化器のヒータの温度を種々変えた
ときの酸化速度の相違を明らかにするため、過酸化水素
ガスの含有された水蒸気ガスを発生させてシリコン基板
の表面シリコンを酸化した例を実施例2〜4に示す。比
較のために水蒸気のみを発生させてシリコン基板の表面
シリコンを酸化した例を比較例2〜4に示す。
Next, in order to clarify the difference in the oxidation rate when the temperature of the heater of the vaporizer was variously changed, the surface silicon of the silicon substrate was oxidized by generating a steam gas containing hydrogen peroxide gas. Examples are shown in Examples 2 to 4. Comparative examples 2 to 4 show examples in which only water vapor was generated to oxidize the surface silicon of the silicon substrate for comparison.

【0033】(実施例2〜4)酸化時間を180分とし
たことと、気化器のヒータの温度を100℃、120
℃、130℃にしたこと以外は、実施例1と同様にして
シリコン基板の表面シリコンを酸化した。シリコン基板
に形成された石英膜厚を測定した結果を表1に示す。
(Examples 2 to 4) The oxidation time was set to 180 minutes, and the temperature of the heater of the vaporizer was set to 100 ° C and 120 ° C.
The surface silicon of the silicon substrate was oxidized in the same manner as in Example 1 except that the temperature was set to 130 ° C. and 130 ° C. Table 1 shows the results of measuring the thickness of the quartz film formed on the silicon substrate.

【0034】(比較例2〜4)酸化時間を180分とし
たことと、気化器内の過酸化水素水に代えて純水を用い
ヒータの温度を100℃、120℃、130℃にしたこ
とと、タンクから純水を供給したこと以外は、実施例1
と同様にしてシリコン基板を酸化した。シリコン基板に
形成された石英膜厚を測定した結果を表1に示す。
(Comparative Examples 2 to 4) The oxidation time was set to 180 minutes, and the temperature of the heater was set to 100 ° C., 120 ° C., and 130 ° C. using pure water instead of the hydrogen peroxide solution in the vaporizer. Example 1 except that pure water was supplied from the tank.
The silicon substrate was oxidized in the same manner as described above. Table 1 shows the results of measuring the thickness of the quartz film formed on the silicon substrate.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】表1の実施例2〜4で示されたとおり過酸
化水素水を用いて酸化したものは、酸化時間が一定なら
ば、ヒータの加熱温度が高いほど石英膜厚が厚くなって
いる。これに対し、比較例2〜4で示されたとおり純水
を用いて酸化したものは、ヒータの加熱温度の相違によ
る石英膜厚の変化がほとんどなかった。表1での実施例
4と比較例4との比較から明らかなように、酸化時間と
ヒータの加熱温度が一定ならば、純水のみを加熱して発
生させた水蒸気で酸化する場合より、過酸化水素水を加
温して発生させた過酸化水素ガスを含有する水蒸気ガス
で酸化する方が酸化速度が速いため、得られる石英膜厚
が厚い。
As shown in Examples 2 to 4 in Table 1, those oxidized using aqueous hydrogen peroxide have a higher quartz film thickness as the heating temperature of the heater is higher, if the oxidation time is constant. . On the other hand, as shown in Comparative Examples 2 to 4, those oxidized using pure water had almost no change in the quartz film thickness due to the difference in the heating temperature of the heater. As is clear from the comparison between Example 4 and Comparative Example 4 in Table 1, if the oxidation time and the heating temperature of the heater are constant, the oxidation time is higher than in the case where pure water is heated and oxidized with steam generated. Since the oxidation rate is faster when oxidizing with steam gas containing hydrogen peroxide gas generated by heating the hydrogen oxide water, the obtained quartz film is thicker.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の製
造装置を用いて光導波路基板を製造すると、効率よく酸
化することができる。さらに光導波路基板の歩留まりが
よい。製造には水蒸気ガスや過酸化水素ガスを用いてい
るので安全性が高い。得られた光導波路基板は高品質で
あるので、この光導波路基板を用いて性能の優れた光導
波路デバイスを形成することができる。
As described above, when an optical waveguide substrate is manufactured using the manufacturing apparatus of the present invention, oxidation can be efficiently performed. Further, the yield of the optical waveguide substrate is good. The use of steam gas and hydrogen peroxide gas for the production makes it highly safe. Since the obtained optical waveguide substrate is of high quality, an optical waveguide device having excellent performance can be formed using this optical waveguide substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用する光導波路基板の製造装置の概
要図である。
FIG. 1 is a schematic view of an optical waveguide substrate manufacturing apparatus to which the present invention is applied.

【図2】シリコン基板の表面シリコンを酸化して形成さ
れた石英膜の厚さと、形成に要した酸化時間との関係を
示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the thickness of a quartz film formed by oxidizing surface silicon of a silicon substrate and the oxidation time required for formation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1は光導波路基板の製造装置、2は過酸化水素水、3は
タンク、4はポンプ、5は過酸化水素水補給管、6は上
蓋、7は容器、8はヒータ、9は過酸化水素水、10は
気化器、11はガス供給管、12は開閉弁、13は保護
容器、14は温度センサ、15はシリコン基板、16は
試料台、17は加熱炉、18は炉心管、19は蓋、20
は排気管である。
1 is an optical waveguide substrate manufacturing apparatus, 2 is a hydrogen peroxide solution, 3 is a tank, 4 is a pump, 5 is a hydrogen peroxide solution supply pipe, 6 is a top lid, 7 is a container, 8 is a heater, and 9 is hydrogen peroxide. Water, 10 is a vaporizer, 11 is a gas supply pipe, 12 is an on-off valve, 13 is a protection container, 14 is a temperature sensor, 15 is a silicon substrate, 16 is a sample stage, 17 is a heating furnace, 18 is a furnace tube, and 19 is a furnace tube. Lid, 20
Is an exhaust pipe.

フロントページの続き (72)発明者 城田 政明 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 江島 正毅 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 Fターム(参考) 2H047 PA01 QA04 QA07 TA42 Continued on the front page (72) Inventor Masaaki Shiroda 2-3-1-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma Shin-Etsu Kagaku Kogyo Co., Ltd. Precision Functional Materials Laboratory (72) Inventor Masatake Ejima 2--13 Isobe, Annaka-shi, Gunma No.1 Shin-Etsu Kagaku Kogyo Co., Ltd. Precision Functional Materials Laboratory F-term (reference) 2H047 PA01 QA04 QA07 TA42

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 石英膜を表面に形成するシリコン基板
が内部に載置されている炉心管の外周に加熱炉が配置さ
れ、該シリコン基板を酸化する酸化性ガスの供給管と排
気管とが該炉心管に接続された光導波路基板の製造装置
であって、過酸化水素水を気化させて該酸化性ガスを発
生させる気化器が、該供給管に繋がっていることを特徴
とする光導波路基板の製造装置。
1. A heating furnace is arranged around a furnace tube in which a silicon substrate on which a quartz film is formed is placed, and a supply tube and an exhaust tube for an oxidizing gas for oxidizing the silicon substrate are provided. An apparatus for manufacturing an optical waveguide substrate connected to the furnace tube, wherein a vaporizer for vaporizing hydrogen peroxide to generate the oxidizing gas is connected to the supply tube. Substrate manufacturing equipment.
【請求項2】 該気化器には、該気化をさせる加熱装
置が備えられていることを特徴とする請求項1に記載の
光導波路基板の製造装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the vaporizer is provided with a heating device for performing the vaporization.
【請求項3】 タンクに充填されている別な過酸化水
素水を前記気化器へ補給する補給管が、該気化器に繋が
っていることを特徴とする請求項1または2に記載の光
導波路基板の製造装置。
3. The optical waveguide according to claim 1, wherein a supply pipe for supplying another hydrogen peroxide solution filled in a tank to the vaporizer is connected to the vaporizer. Substrate manufacturing equipment.
【請求項4】 石英膜を表面に形成させるシリコン基
板を、外周に加熱炉の配置された炉心管の内部に載置し
た後、過酸化水素水を気化させることにより発生した酸
化性ガスを炉心管に供給しつつ、加熱炉で加熱してシリ
コン基板の表面シリコンを該酸化性ガスで酸化する光導
波路基板の製造方法。
4. A silicon substrate on which a quartz film is to be formed is placed inside a furnace tube in which a heating furnace is disposed on the outer periphery, and then an oxidizing gas generated by evaporating hydrogen peroxide is added to the core. A method for producing an optical waveguide substrate, wherein the surface silicon of a silicon substrate is oxidized with the oxidizing gas by heating in a heating furnace while supplying to a tube.
【請求項5】 該気化が、加熱によるものであること
を特徴とする請求項4に記載の光導波路基板の製造方
法。
5. The method for manufacturing an optical waveguide substrate according to claim 4, wherein said vaporization is caused by heating.
【請求項6】 該気化の加熱温度が110〜150℃
であることを特徴とする請求項5に記載の光導波路基板
の製造方法。
6. The heating temperature of the vaporization is 110 to 150 ° C.
The method of manufacturing an optical waveguide substrate according to claim 5, wherein
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KR20220047848A (en) 2019-08-21 2022-04-19 가부시키가이샤 린텍쿠 carburetor

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